全息显示的原理，全息现场可以看到吗

任何喜欢科幻电影的人都会熟悉全息显示这一很酷的技术。在电影《星球大战》中，太空机器人R2-D2发出蓝光，莱娅公主的形象在蓝光中栩栩如生，她尖叫着向在场的人求救。这个经典片段暗示了全息显示技术的特殊性。无论观看者站在哪里，都可以看到显示内容的3D 图像。

在现实世界中，光学显示领域的专业人士也对这项技术着迷。在9月中旬举行的2023腾讯全球数字生态大会5G专场上，腾讯多媒体研究院标准总监、5G专家Steven Wenger在谈到光场技术时指出，基于全息显示的全息显示将成为未来的趋势。成为显示技术的未来。中国工程院学者徐祖彦也表示，“人们对美好视觉效果的追求是推动显示技术发展的关键，而自然逼真的三维视觉效果是人们的最终目标。” 。显示技术的产生很可能是全息的。 ”

全息显示本质上是记录和恢复光

那么全息显示技术到底发展到哪里了呢？

顾名思义，全息图都是信息。众所周知，光以电磁波的形式存在，具有两个参数：振幅和相位。振幅反映了光的强度，相位是指光波传播时光子振荡的交替波形变化。全息显示器记录两个参数：幅度和相位，以恢复物体的三维图像。

上海科技大学人工智能纳米光子学实验室张启明教授告诉记者，“用胶片可以记录振幅，但很难记录相位”，英国物理学家丹尼斯·加博尔·托德说。全息术是利用光学干涉技术来记录光的相位，即利用光之间相互干涉形成的规则条纹来记录光的相位并恢复光。丹尼斯·西伯(Dennis Sieber) 于1971 年获得诺贝尔物理学奖。

简单地说，当两个或多个光波列在空间相遇时，波峰重叠的地方会出现亮条纹，波峰重叠的地方会出现暗条纹。这种相互作用最终产生稳定的明暗交替条纹。分布，这就是光的干涉现象。

全息显示利用光波干涉原理，将参考光波引入物波场（与物体光波波动相关的空间），并与物光波（物体形成的光波）进行匹配。全息图是通过将光波（从光源发射，其相位和振幅在被物体反射时发生变化）叠加到记录表面上以产生干涉条纹而产生的干涉条纹记录。

当用特定的再现光波照射全息图时，原始物体的光波被再现，从而形成原始物体的逼真的三维图像。

张启明强调，全息术形成的三维图像可以用肉眼直接观看，不需要特殊的眼镜或其他工具。

我们习以为常的那个著名场景可能是“伪全息图”

2010年，日本虚拟歌手初音未来举办“全息”演唱会，2015年春节，利用“全息投影”技术，电视新闻报道了四位“李宇春”同时演唱《蜀绣》。媒体似乎采用了“5G+4K全息”技术。实现主持人和受访者之间的跨屏互动。

也许有人认为全息显示技术不是我们所熟悉的。然而，专家认为，仔细观察其技术实现就会发现，这些所谓的“全息图”实际上距离真正的全息显示技术还很远。目前，除了博物馆等场所出现的静态全息展品外，人们所熟悉的所谓“全息”技术名景大多是“伪全息”的一种。

“伪全息”堪称全息显示界的“六耳猴”。视觉效果是“伪全息”，可以让你用肉眼看到漂浮在空中的3D图像。但仔细一看，这些“伪全息”技术并不能实现360度立体图像。例如，在虚拟偶像演唱会中，您应该能够看到逼真的3D 图像。这只能在黑暗中实现，并且需要观众从特定的角度观看。

这其实是一种被称为“佩珀尔错觉”的视错觉技术，它基本上是借助各种媒介（全息投影片、水雾、透明玻璃、墙壁等）来操纵人类的视觉偏差，从而欺骗你的大脑。原理并不复杂。全息投影膜的使用可以让观众看到身后的场景，同时保持清晰的图像。首先，在物体和半透明投影胶片后面形成场景。视觉加上CG（计算机动画）技术和高亮度灯光，这种3D图像给观众带来生动的现实感。

同样，基于光场的显示技术也可以实现类似的3D视觉效果，但该技术所采用的显示方式实际上与全息术是完全不同的技术。

所谓光场是指光束在传播过程中所包含的信息，包括光强、位置、方向等信息。在具有厘米级定位精度的光场空间中，通过设置利用光进行定位的坐标系，可以将真实环境和虚拟世界精确叠加。例如，谷歌今年发布的沉浸式光场视频解决方案需要首先捕获来自大量摄像机的信号，并通过大型神经网络运行它们，以创建和存储显示内容的光场表示。由46个摄像头组成的球形结构从各个角度捕捉周围的景色，将多个视点整合为一个视点，从而可以从各个角度观看更加立体的图像空间。效果图会发生变化。

张启明表示，基于光场的显示技术的本质是记录并显示物体不同方向的光线，实现三维视觉效果，但这种技术很难还原所有信息，并且存在一个问题：各种各样的信息。视角和显示分辨率的差异无法同时满足。

真正的全息术仍在开发中。

张启明表示，全息技术的路线可分为激光全息和计算全息。如今，采用激光技术的固定式全息显示已经成熟，例如一些博物馆采用基于激光全息技术发展起来的无损检测技术、激光显微技术、全息存储技术等都可以作为展品。如今，它在工业生产和科学研究中发挥着重要作用。

然而，进一步还原动态图像并与3D图像交互在技术上非常困难。

“动态光波的相位振动非常强，干涉技术要求振动范围达到纳米级别，因此从技术角度来说很难达到这个振动范围。”张启明解释道。动态全息显示的技术瓶颈主要体现在全息图像的恢复速度上。 “如果我们想要达到人眼可见的图像动态效果，图像恢复速度需要达到每秒24帧，但目前我们只能达到每秒1帧。”他补充道，是什么决定了图像的恢复速度。恢复速度。全息图像的关键是激光打印技术，这是一种在全息图像上同时打印多个点的方法。随着激光打印技术的进步，全息图像所包含的信息变得更加丰富和全面，还原出更加完整的三维图像。现阶段，激光打印技术仍有很大的改进空间。

报道称，激光全息术利用参考光束记录物体光波的振幅和相位，而计算全息术则利用计算机在确定物体光波的数学描述后进行全息记录和回放。过程。计算机可以用来控制绘图仪或其他记录设备（例如阴极射线管或电子束扫描仪），使用模拟的干涉图案来合成全息图像。计算全息技术还可以通过建立数学模型来合成现实世界的物理对象，许多产品的防伪标签就是通过这种方式实现的。

从静态到动态全息显示技术的转变相当于从在固定胶片上曝光单张照片转向视频通话期间图像的实时编码和解码，这需要大量的计算。目前，人工智能中的深度学习算法也为加速全息计算提供了强大的工具。

想象一下，未来，人们足不出户就能看到美丽的山河，医生也能通过远程视频会议精准操作医疗器械、清晰感受到他人的面部表情。音.全息显示技术一旦取得重大突破，有望给显示技术领域带来翻天覆地的变化，甚至成为远距离传输工具。 “这不是在计算机上设计和展示模型，而是收集现场人物和场景的数据，重新创建模型，并将其恢复到另一个场景。”这种高速建模数据的技术现在正逐渐变得越来越流行。很受欢迎。”张启明说。 （王春）